实验三 声速的测量.ppt

实验三 声速的测量The measure of speed of sound 超声波（Ultrasonic wave）在介质(Media)中的传播速度是一个基本物理量，超声技术日趋广泛应用。 超声测距、超声清洗、超声探伤、超声检查、超声美容等。 【实验目的】 1. 学会用共振干涉法、相位比较法和时差法测量声速，并加深对共振、振动合成波的干涉等理论知识的理解。 2. 进一步掌握示波器和低频信号发生器的使用。 Experimental purpose Learn how to measure speed of sound using resonant interference, phase comparison and time difference, and comprehend elements - resonance, vibration composing，wave interference, etc better. Command the use of oscilloscopes and low frequency signal generators in practice. 【实验仪器】 超声声速测定仪 声速测定仪信号源 双通道通用示波器等。 Experimental apparatus Speed of ultrasonic measurers speed of soundmeasurers signal source oscilloscopes with bidirectional channels, etc 【实验原理】Experimental principle 在波的传播过程中波速v、波长 与频率f 之间存在着 的关系，若能同时测定媒质中声波传播的频率及波长，即可求得此种媒质中声波的传播速度v 。 测量声速也可以利用 v = L / t， 其中L为声波传播的路程，t 为声波传播的时间。 通过测量 v 还可了解被测媒质特性或状态的变化，这在工业生产及科学实验上有广泛的实用意义。 1.超声波的产生和接收 发射和接收超声波的器件： 压电陶瓷。 压电陶瓷具有正压电效应和逆压电效应。 在发射压电陶瓷上加交变电压，则产生纵向机械振动，产生超声波（逆压电效应）. 接收压电陶瓷接收到超声波后，产生电信号。（正压电效应）. 压电陶瓷有一个谐振频率f0（如40KHz）当输入电信号的频率等于谐振频率f0时，压电陶瓷产生振动或信号最大。 超声波单色性好，方向性强，波长较短，故用超声波作声源，声速测量精确度较高。 2. 声速原理 V = f λ 声源振动频率 f ：直接由函数发生器读出. 声波波长λ： 驻波振幅极值法和相位比较法测量. 1、共振干涉（驻波Standing Wave ）法测声速 S1作为超声源源（发射头），低频信号发生器输出的正弦交变电压信号接到换能器S1上，使S1发出一列平面波。 S2作为超声波接收头，把接收到的声压转换成交变的正弦电压信号后，输入示波器观察。 当S1和S2之间的距离 L 满足下式：L= n ? /2 （n=1、2..）时，形成驻波。 这样， S2在接收超声波的同时还反射一部分超声波。由S1发出的超声波和由S2反射的超声波在S1和S2之间产生定域干涉，而形成驻波。 对某一特定波长，将相继出现一系列共振态，任意两个相邻的共振态之间，S2的位移为： 所以当S1和S2之间的距离 L 连续改变时，示波器上的信号幅度每一次周期性变化，相当于S1和S2之间的距离改变了 。此距离 可由游标卡尺测得，频率由信号发生器读得。 根据波速公式： 可以求得声速。 2.相位比较法 Phase comparison 如图所示，置示波器功能于X－Y方式。当S1发出的平面超声波通过媒质到达接收器S2时，在发射波和接受波之间产生位相差： 当L=nλ（n=1、2…）时，φ=2nπ，波在S1 、S2同相；而当L=(n-1/2)λ时，φ=(2n-1)π，波在S1 、S2相位相反，由此测量波长。 改变S1和S2之间的距离L，相当于改变了发射波和接受波之间的位相差，荧光屏上的图形也随L不断变化。 当S1 、 S2之间距离改变半个波长 则 。随着振动的位相差从 的变化，李萨如图形从斜率为正的直线变为椭圆，再变到斜率为负的直线。 因此，每移动半个波长，就会重复出现斜率符号相反的直线，